Меньшие аккумуляторы и сверхбыстрая зарядка: является ли это будущим электромобилей?

Будущее электромобилей зависит от решения сложной задачи: снизить затраты на производство и потребление ресурсов, не заставляя водителей жертвовать той универсальностью, которую они ожидают от своего автомобиля. Аккумуляторы играют важную роль в решении этой проблемы как из-за своей стоимости, так и из-за веса, который они добавляют к общей массе автомобиля. Уменьшение их размера может стать одним из ключевых факторов для создания более доступных электромобилей, хотя есть одно условие, которое нельзя игнорировать.

Это предложение требует переосмысления одного из приоритетов отрасли, которая на протяжении многих лет стремилась к производству всё более крупных аккумуляторов, чтобы обеспечить всё большую автономность. Вместо того чтобы идти по этому пути, Французское агентство по экологической трансформации (Ademe) предлагает сосредоточиться на более легких автомобилях и меньших по размеру аккумуляторах. Проблема в том, что меньшая емкость означает меньшую автономность, поэтому зарядка должна будет играть гораздо более важную роль.

На бумаге идея кажется разумной. Меньшая батарея стоит дешевле, требует меньше материалов и позволяет снизить вес автомобиля. Она также может способствовать уменьшению износа шин и нагрузок на кузов. Однако убедить покупателей отказаться от части запаса хода будет непросто, особенно учитывая, что цены на электромобили по-прежнему являются препятствием для многих водителей. Альтернативой может стать компенсация меньшей емкости батареи гораздо более быстрым зарядом, но здесь возникают новые технические и экономические сложности.

Маленькая батарея, заряжающаяся за несколько минут

Чтобы понять влияние уменьшения размеров аккумуляторов, достаточно обратить внимание на их вес. Согласно данным анализа Ademe, блок ёмкостью 60 кВт·ч весит примерно 340 кг, тогда как блок ёмкостью 90 кВт·ч достигает 510 кг. Разница значительна для компонента, который так сильно влияет как на стоимость, так и на эффективность автомобиля. Кроме того, активные материалы, позволяющие хранить энергию, составляют более половины углеродного следа аккумулятора, изученного французским агентством. Производство элементов и алюминия, используемого в них, модулей и всего устройства также оказывает значительное воздействие.

Но согласится ли покупатель на аккумулятор ёмкостью 30 кВт·ч для компактного внедорожника, если это означает сокращение запаса хода до примерно 200 километров? Для многих водителей такой запас может оказаться достаточным для ежедневных поездок, особенно если у них есть домашний зарядный устройство. Однако дальние поездки всё равно останутся проблемой, если каждый полтора–два часа придётся останавливаться для зарядки и ждать полчаса или дольше. Поэтому решение заключается не только в установке более маленьких аккумуляторов, но и в сокращении времени остановок.

Быстрая зарядка должна стать инструментом, способным компенсировать значительную часть потери запаса хода. Вместо транспортировки большого количества энергии, хранимой в подкапотном пространстве автомобиля, водитель сможет использовать электросеть, когда ему понадобится восстановить запас хода. Таким образом, более маленький аккумулятор сможет обеспечить ежедневные поездки и сохранять разумный уровень автономности на дороге, при условии, что станции зарядки будут хорошо расположены и обеспечивать высокую мощность непрерывно.

Но существует важное различие между заявлением о высокой максимальной мощности зарядки и её поддержанием в течение значительной части сессии зарядки. Некоторые электромобили достигают высоких показателей на короткое время, но мощность снижается по мере увеличения уровня заряда или при неподходящей температуре аккумулятора. Чтобы эта стратегия сработала, недостаточно просто достичь высокого пика мощности: необходимо поддерживать очень быстрый темп зарядки в течение достаточно длительного периода времени.

Именно здесь начинаются сложности. Небольшая батарея, способная выдавать от 300 до 400 кВт, должна быть спроектирована так, чтобы выдерживать очень высокий поток энергии без преждевременного износа и перегрева. Для этого требуется подходящая химическая составляющая, современная мощная электроника и система охлаждения, способная быстро удалять тепло. Некоторые решения, такие как прямое охлаждение элементов с помощью жидкостей, до сих пор используются в основном в автомобилях с высокими характеристиками и премиум-моделях.

Вся эта аппаратура занимает место, увеличивает вес и поднимает стоимость производства. Такая технология может найти применение в дорогом семейном SUV, но перенести её в бюджетный городской автомобиль гораздо сложнее. В небольших автомобилях каждый килограмм и каждый сантиметр имеют значение, и сложная термическая система может снизить экономию, достигнутую за счёт уменьшения ёмкости аккумулятора. Более простые решения охлаждения, в свою очередь, могут ограничивать мощность зарядки во время длительных поездок.

Стоимость сети сверхбыстрой зарядки

Идеальная ситуация, предусмотренная этой стратегией, — это электромобиль с аккумулятором емкостью около 50 кВт·ч, обеспечивающий реальный радиус действия примерно 250 км на автомагистрали. Для повседневных поездок этого более чем достаточно. Для путешествий сверхбыстрые зарядные станции позволят восстановить необходимую энергию за короткие остановки. Таким образом, промышленность сможет уменьшить размер аккумуляторов, не заставляя водителей мириться с значительно более ограниченными возможностями использования автомобиля.

Однако для того, чтобы этот подход сработал, необходима инфраструктура, которая пока ещё отсутствует во всех местах. Зарядные станции, способные обеспечить мощность 400 кВт и более, по-прежнему встречаются реже, чем станции с меньшей мощностью, и требуют электрооборудования, предназначенного для обслуживания значительной нагрузки. Проблема не заканчивается покупкой зарядных устройств: также необходимо учитывать подключение к сети, потребности в трансформаторах и доступную мощность на каждом участке.

Анализ, опубликованный во Франции, показывает, что станция с полудюжиной точек быстрой зарядки высокой мощности может принести до миллиона евро до уплаты налогов, если учитывать стоимость электросоединения. Инвестиции могут увеличиться, если в месте расположения отсутствует подходящее соединение и требуется установка специального трансформатора. К этому добавляются расходы на обслуживание и затраты, связанные с заказанной мощностью, которые могут быть особенно высокими в установках, предназначенных для одновременной обслуживки нескольких автомобилей.

Проблема заключается в том, что эта инфраструктура должна быть рентабельной. Если на станциях будет недостаточно пользователей, восстановление инвестиций станет сложным. А если затраты на строительство и эксплуатацию высоки, операторам придётся искать способы переложить их на клиентов. В такой ситуации экономия, получаемая от покупки электромобиля с меньшей батареей, может снизиться из-за стоимости каждой зарядки, особенно во время длительных поездок и в точках с высокой мощностью постоянного тока.

Предложение Ademe тем самым запускает дискуссию, выходящую за рамки вопроса о емкости аккумуляторов. Производство более легких и доступных электромобилей может стать хорошим способом сокращения потребления материалов и облегчения их доступности для большего числа водителей. Однако кажется неразумным предполагать, что сеть сверхбыстрой зарядки сможет просто так заменить аккумуляторы большой емкости. Чтобы изменения оказались выгодными, необходимо сбалансировать цену автомобиля, его реальный запас хода, скорость зарядки и стоимость инфраструктуры.

В конечном счёте, будущее не обязательно должно делиться между электромобилями с огромными аккумуляторами и моделями с слишком ограниченными возможностями. Ключ к решению заключается в поиске промежуточного варианта, который позволит снизить затраты, не превращая каждую дальнюю поездку в муку долгого ожидания на каждой станции, а также обеспечит автомобили, способные удовлетворять наши повседневные потребности, но в то же время позволяющие путешествовать без необходимости использования сотен киловатт-часов энергии.